空氣懸架

電控空氣懸架能夠主動調(diào)整車輛高度，提高惡劣路面通過性和高速行駛穩(wěn)定性，但大多只能在良好路面行駛或靜止時進(jìn)行調(diào)整，在惡劣路面行駛時進(jìn)行調(diào)整難以保證控制精度，成為制約電控空氣懸架性能提升與推廣應(yīng)用的關(guān)鍵問題。 針對空氣懸架在惡劣路況的車高觀測和精確控制等核心問題，項(xiàng)目將著重開展路面激勵與充放氣耦合工況的空氣懸架車高觀測和控制算法研究。 首先，通過空氣懸架各部件特性試驗(yàn)與分析，建立路面激勵與充放氣耦合工況下的空氣懸架非線性數(shù)學(xué)模型；進(jìn)而，基于非線性狀態(tài)觀測理論，設(shè)計(jì)滑模觀測算法，實(shí)現(xiàn)耦合工況下的車高觀測；然后，基于微分幾何理論，設(shè)計(jì)反饋線性化坐標(biāo)變換系，實(shí)現(xiàn)非線性系統(tǒng)的精確線性化，在線性空間中設(shè)計(jì)最優(yōu)控制算法，并將最優(yōu)控制函數(shù)逆變換至非線性空間中；最后，基于半實(shí)物仿真平臺，對耦合工況下的空氣懸架車高觀測和控制算法進(jìn)行驗(yàn)證。研究將為自主研發(fā)高性能電控空氣懸架系統(tǒng)提供理論與技術(shù)基礎(chǔ)。

項(xiàng)目針對空氣懸架系統(tǒng)在路面激勵和充放氣過程耦合作用下的車高控制問題，開展了耦合工況下的車高觀測和控制算法研究。 首先，分別建立了路面激勵和充放氣過程單一工況下的空氣懸架非線性模型，以空氣彈簧壓力梯度方程為契合點(diǎn)，將空氣懸架系統(tǒng)的非線性振動模型和充放氣非線性模型進(jìn)行聯(lián)立，得到了空氣彈簧內(nèi)部壓力梯度統(tǒng)一方程，通過統(tǒng)一方程可以同時體現(xiàn)出路面激勵和充放氣過程耦合作用對空氣彈簧內(nèi)部壓力影響； 進(jìn)而，基于得到的統(tǒng)一方程，將表征車身高度的懸架靜平衡位置推導(dǎo)為狀態(tài)變量之一，并整理得到空氣懸架整車的非線性狀態(tài)方程，根據(jù)非線性狀態(tài)觀測理論，設(shè)計(jì)了無跡卡爾曼狀態(tài)觀測器，以實(shí)時測得的懸架動撓度以及空氣彈簧瞬態(tài)壓力作為狀態(tài)觀測算法輸入量，實(shí)現(xiàn)了耦合工況下車高觀測算法對懸架靜平衡位置的精確估計(jì)； 然后，針對非線性系統(tǒng)方程，構(gòu)造反饋線性化輸出函數(shù)，依據(jù)輸出函數(shù)建立坐標(biāo)變換系，在坐標(biāo)變換后的線性域內(nèi)，將車高觀測值與目標(biāo)車高值的誤差為零作為控制目標(biāo)，以電磁閥開啟比例作為控制輸出量，設(shè)計(jì)線性域內(nèi)的車高控制算法，并反饋至非線性域中，通過聯(lián)合仿真驗(yàn)證了基于車高觀測的耦合工況下車高控制算法的可行性和魯棒性，該算法能夠在路面擾動存在時，精確控制車身高度； 最終，基于裝備了空氣懸架的乘用車進(jìn)行了靜止工況和隨機(jī)路面行駛工況下的車高觀測與控制算法的實(shí)車道路試驗(yàn)，并采用了車輛姿態(tài)測量單元輔助采集車高控制過程中的車身姿態(tài)。實(shí)車試驗(yàn)表明，所提出的耦合工況下車高觀測和控制算法能夠有效提高車輛靜止工況和隨機(jī)路面行駛耦合工況下的車高控制精度，減少路面擾動對車高控制過程的影響，減少車高控制過程中由空氣彈簧非線性及遲滯性導(dǎo)致的超調(diào)現(xiàn)象。